Zmniejsz liczbę pinów MCU: przenieś zadania analogowe do GreenPAK

Zbyt często projektanci próbują zrealizować wszystko w jednym procesorze, a nigdzie nie jest to tak widoczne jak w przypadku mikrokontrolerów. Współczesne mikrokontrolery oferują szeroki zestaw interfejsów i funkcji, często opracowywanych we współpracy z kluczowymi klientami lub z myślą o konkretnych zastosowaniach. To sprawia, że liczba wyprowadzeń w wielu popularnych mikrokontrolerach jest niepotrzebnie wysoka, a same komponenty bywają fizycznie dość duże, aby pomieścić taką liczbę pinów.

Jeśli Twój mikrokontroler jest używany w systemie mixed-signal i korzystasz z jego pinów analogowych, rozważ przeniesienie całego tego przetwarzania analogowego do procesora mixed-signal. Takie komponenty mogą pomóc obniżyć całkowity koszt BOM poprzez zmniejszenie wymaganego rozmiaru mikrokontrolera.

Które piny MCU można wyeliminować?

Pierwszymi kandydatami są piny obsługujące stosunkowo proste funkcje analogowe lub logiczne, które nie wymagają bezpośredniego przetwarzania przez MCU. GreenPAK może zostać umieszczony między obwodami zewnętrznymi a MCU, wykonać wymagane kondycjonowanie sygnału lub podejmowanie decyzji, a następnie przekazać do procesora mniejszą liczbę wyników cyfrowych. Może to wyeliminować dedykowane wejścia analogowe i zmniejszyć liczbę GPIO wykorzystywanych do funkcji pomocniczych.

Typowi kandydaci to:

• Wejścia komparatora analogowego używane do detekcji progów  
• Wejścia GPIO używane dla przełączników, przycisków lub dyskretnych sygnałów statusu  
• Wyjścia GPIO używane do sygnałów włączenia, resetu lub prostych sygnałów sterujących  
• Wejścia przerwań generowane przez wiele warunków zewnętrznych  
• Wyjścia PWM używane do powtarzalnych funkcji czasowych lub sterujących  
• Sygnały resetu i nadzoru  
• Wejścia impulsów, częstotliwości lub detekcji zbocza  
• Proste sygnały sekwencjonowania i blokad

Funkcje komparatora są szczególnie użytecznym celem. Jeśli MCU jedynie próbuje określić na podstawie próbkowania napięcia analogowego, czy znajduje się ono powyżej czy poniżej progu, taka decyzja może zostać podjęta zewnętrznie. GreenPAK może wtedy dostarczyć stan cyfrowy lub przerwanie, co pozwala dobrać MCU na podstawie interfejsów i zasobów przetwarzania rzeczywiście wymaganych przez aplikację.

Konsolidacja GPIO może przynieść podobny efekt. Kilka sygnałów statusu lub sterowania można połączyć za pomocą konfigurowalnej logiki, timerów, liczników i elementów stanów, zanim dotrą do MCU. Zamiast przypisywać oddzielne piny procesora do każdego zdarzenia, GreenPAK może kwalifikować te zdarzenia i raportować tylko warunki wymagające uwagi firmware’u.

Stopień redukcji liczby pinów zależy od aplikacji, ale cel architektoniczny jest prosty. Powtarzalne monitorowanie analogowe i deterministyczne sterowanie nie powinny wymuszać zastosowania większej obudowy MCU, jeśli te funkcje można zaimplementować w małym układzie mixed-signal.

Przenieś przetwarzanie sygnałów niskiego poziomu poza MCU

Redukcja liczby pinów to tylko część korzyści. Wiele systemów mixed-signal obciąża również MCU powtarzalnym przetwarzaniem, które nie wymaga firmware’u. Kwalifikacja progów, eliminacja drgań styków, zliczanie impulsów, generowanie opóźnień, detekcja zboczy i proste przejścia stanów mogą być realizowane za pomocą konfigurowalnych bloków sprzętowych i wykonywane niezależnie od procesora.

Detektor progowy jest dobrym przykładem. Komparator analogowy może wykryć, kiedy sygnał z czujnika przekroczy zdefiniowany poziom, a timer może wymagać, aby ten stan utrzymywał się przez określony czas. Logika może następnie wygenerować pojedyncze przerwanie dla MCU. Zastępuje to ciągłe próbkowanie ADC, porównania programowe i kod odpowiedzialny za odmierzanie czasu funkcją sprzętową, która generuje tylko zdarzenie potrzebne firmware’owi.

Podobny sprzęt może obsługiwać eliminację drgań styków przycisków, kwalifikację szerokości impulsu, zliczanie częstotliwości lub zdarzeń, opóźnione sygnały włączenia, synchronizację resetu oraz sekwencjonowanie zasilania. LUT-y i elementy stanów mogą również łączyć kilka warunków cyfrowych w blokady lub proste stany sterujące. Funkcje te są deterministyczne i na ogół nie odnoszą korzyści z implementacji w postaci pętli firmware’u.

Przeniesienie tych funkcji poza MCU zmienia dobór komponentów na poziomie systemu. Procesor nie musi już mieć wystarczającej liczby kanałów ADC, zasobów timerów ani GPIO, aby bezpośrednio obsłużyć każdy interfejs niskiego poziomu. Mniejszy MCU może wtedy realizować komunikację, sterowanie wyższego poziomu i kod aplikacyjny, podczas gdy GreenPAK obsługuje lokalne funkcje mixed-signal blisko obwodów, które je generują.

Użyj GreenPAK, aby zmniejszyć wymagania dotyczące zasobów MCU

GreenPAK może przejąć wiele funkcji niskiego poziomu, które w przeciwnym razie zużywałyby piny MCU i zasoby peryferiów. Decyzje komparatora, generowanie resetu, eliminacja drgań styków przełączników, detekcja impulsów, odmierzanie czasu, sekwencjonowanie oraz prosta logika mogą być realizowane jeszcze zanim sygnały dotrą do procesora. MCU otrzymuje wtedy mniejszą liczbę kwalifikowanych wejść cyfrowych zamiast każdego surowego sygnału w systemie.

Może to bezpośrednio wpłynąć na wybór MCU. Projekt, który pierwotnie wymagał kilku wejść ADC, kanałów timerów, pinów przerwań i GPIO, może być w stanie wykorzystać mniejszy procesor po skonsolidowaniu tych funkcji. GreenPAK może również kwalifikować zdarzenia, łączyć warunki i generować wyjścia czasowe bez ciągłego odpytywania przez firmware.

Narzędzia Go Configure umożliwiają konfigurację tych funkcji analogowych, czasowych i logicznych. Inżynierowie mogą łączyć komparatory, LUT-y, liczniki, timery, przerzutniki i zasoby GPIO w wymagany przepływ sygnału, definiować progi oraz zachowanie czasowe, symulować wynikową logikę i programować konfigurację do wybranego układu GreenPAK.

Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z komponentami GreenPAK i przykładami referencyjnymi.

• Dowiedz się więcej o komponentach GreenPAK
• Zobacz układy i rozwiązania AnalogPAK

Niezależnie od tego, czy chcesz tworzyć niezawodną elektronikę mocy, czy zaawansowane systemy cyfrowe, wykorzystaj kompletny zestaw funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzia CAD oferowane przez Altium do implementacji swoich rozwiązań GreenPAK. Altium zapewnia wiodącą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!